《材料成型测试技术》课后习题及实验指导书.doc 39页

'传感器实验指南39实验目录实验一.传感器综合实验(1)实验1金属箔式应变片――单臂电桥性能实验…………………………………………………………2实验2金属箔式应变片――半桥性能实验………………………………………………………………4实验3金属箔式应变片――全桥性能实验……………………………………………………………5实验4金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验………………………………………………7实验5直流应变全桥的应用――电子秤实验…………………………………………………………8实验6金属箔式应变片――温度影响实验……………………………………………………………9实验7压阻式压力传感器的压力测量实验…………………………………………………………10实验二.传感器综合实验(2)实验8差动变压器的性能实验…………………………………………………………………………11实验9差动变压器零点残余电压补偿实验……………………………………………………………14实验10差动变压器的应用――振动测量实验…………………………………………………………15实验三.传感器综合实验(3)实验11电容式传感器的位移特性实验…………………………………………………………………17实验12直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验…………………………………………………19实验13交流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验…………………………………………………20实验14　压电式传感器测振动实验………………………………………………………………………21实验15电涡流传感器的位移特性实验…………………………………………………………………23实验16光纤传感器的位移特性实验……………………………………………………………………24实验四.传感器综合实验(4)实验17温度源的温度控制、调节实验……………………………………………………………………25实验18Pt100铂电阻测温特性实验………………………………………………………………………29实验19Cu50铜电阻测温特性实验………………………………………………………………………31实验20K热电偶测温特性实验……………………………………………………………………………32实验21K热电偶冷端温度补偿实验………………………………………………………………………34 传感器实验指南39实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uo1=EKε/4。三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4位数显万用表（自备）。 传感器实验指南39图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。〕安装接线。2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。3、应变片单臂电桥实验：拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原(见图1接线图)。调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。记下实验结果填入表1画出实验曲线。表1重量(g)电压(mv)4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。实验完毕，关闭电源。五、思考题：单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 传感器实验指南39实验二金属箔式应变片—半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。图2应变式传感器半桥接线图2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。注意R2应和R3 传感器实验指南39受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。记下实验数据填入表2画出实验曲线，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。表2重量电压三、思考题：1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。实验三金属箔式应变片—全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、基本原理：全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。三、需用器件和单元：同实验二。四、实验步骤：1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。 传感器实验指南39图3—1全桥性能实验接线图2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图3—1接线。实验方法与实验二相同，将实验数据填入表3画出实验曲线；进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕，关闭电源。表3重量电压五、思考题：1、测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。2某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图3—2，如何利用这四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。 传感器实验指南39图3－2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、基本原理：如图4（a）、（b）、（c）（a）单臂（b）半桥（c）全桥图4应变电桥（a）、U0＝U①－U③＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R2)－R4／(R3＋R4)〕E＝〔（1＋△R1／R1）／（1＋△R1／R1＋R2／R2）－（R4／R3）／（1＋R4／R3）〕E 传感器实验指南39设R1＝R2＝R3＝R4，且△R1／R1＜＜1。U0≈(1／4)(△R1／R1)E所以电桥的电压灵敏度:S＝U0／(△R1／R1)≈kE＝(1／4)E(b)、同理:U0≈(1／2)(△R1／R1)ES＝(1／2)E(C)、同理:U0≈(△R1／R1)ES＝E三、需用器件与单元：主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。实验完毕，关闭电源。实验五直流全桥的应用—电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二、基本原理：数字电子秤实验原理如图5，全桥测量原理。本实验只做放大器输出UO实验，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。图5数字电子称原理框图 传感器实验指南39三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、砝码。四、实验步骤：1、实验模板差动放大器调零：将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连。用导线将实验模板中的放大器两输入口短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。按图3－1直流全桥接线，合上主机箱电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V。2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V档测量)或－0.200V。3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.00V。4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。成为一台原始的电子秤。5、把砝码依次放在托盘上，并依次记录重量和电压数据填入下表6。6、根据数据画出实验曲线，计算误差与线性度。实验完毕，关闭电源。表6重量（g）电压(mv)实验六金属箔式应变片的温度影响实验一、实验目的：了解温度对应变片测试系统的影响。二、基本原理：电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。三、需用器件与单元：主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、加热器（在实验模板上，已粘贴在应变传感器左下角底部）。四、实验步骤：1、按照实验三。2、将200g砝码放在砝码盘上，在数显表上读取数值UO1。3、将主机箱中直流稳压电源＋5v、⊥接于实验模板的加热器＋6v、⊥插孔上，数分钟后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数Uot,Uot-U01即为温度变化的影响。计算这一温度变化产生的相对误差： 传感器实验指南39实验完毕，关闭电源。五、思考题：金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？实验七压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、需用器件与单元：主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。四、实验步骤：1、将压力传感器安装在实验模板的支架上，根据图7连接管路和电路（主机箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好）。引压胶管一端插入主机箱面板上气源的快速接口中（注意管子拆卸时请用双指按住气源快速接口边缘往内压，则可轻松拉出），另一端口与压力传感器相连。压力传感器引线为4芯线：1端接地线，2端为U0＋，3端接＋4V电源，4端为Uo－，接线见图8。　图7压阻式压力传感器测压实验安装、接线图2、实验模板上RW2用于调节放大器零位，RW1调节放大器增益。按图7将实验模板的放大器输出V02接到主机箱(电压表)的Vin插孔，将主机箱中的显示选择开关拨到2V档，合上主机箱电源开关，RW1旋到满度的1／3位置(即逆时针旋到底再顺时针旋2圈)，仔细调节RW2使主机箱电压表显示为零。 传感器实验指南393、合上主机箱上的气源开关，启动压缩泵，逆时针旋转转子流量计下端调压阀的旋钮，此时可看到流量计中的滚珠在向上浮起悬于玻璃管中，同时观察气压表和电压表的变化。4、调节流量计旋钮，使气压表显示某一值，观察电压表显示的数值。5、仔细地逐步调节流量计旋钮，使压力在2－18KPa之间变化，每上升1KPa气压分别读取电压表读数，将数值列于表7。表7P(KPa)Vo(p-p)1、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差。2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法采用逼近法：输入4KPa气压，调节Rw2（低限调节），使电压表显示０.25V(有意偏小)，当输入16KPa气压，调节Rw1（高限调节）使电压表显示1.2V(有意偏小)；再调气压为4KPa，调节Rw2（低限调节），使电压表显示０.3V(有意偏小)，调气压为16KPa，调节Rw1（高限调节）使电压表显示1.3V(有意偏小)；这个过程反复调节直到逼近自己的要求(4KPa—0.4V，16KPa—1.6V)即可。实验完毕，关闭电源。实验八差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。四、实验步骤：附：测微头的组成与使用 传感器实验指南39测微头组成和读数如图8—1测微头读数图图8—1测位头组成与读数测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(０.５ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(０.０１ｍｍ／格)。用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方向移动微小位移０.０１毫米，这也叫测微头的分度值。测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图8—1甲读数为３.６７８ｍｍ，不是３.１７８ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图9—1乙已过零则读２.５１４ｍｍ；如图8—1丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为１.９８０ｍｍ。测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先转动微分筒到１０ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。1、将差动变压器和测微头(参照附：测微头使用)安装在实验模板的支架座上，差动变压器的原理图已印刷在实验模板上，L1为初级线圈；L2、L3为次级线圈；＊号为同名端，如下图8－2。2、按图8—2接线，差动变压器的原边Ｌ１的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4－5KHz（可用主机箱的频率表输入Fin来监测）；调节输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。3、松开测微头的安装紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p 传感器实验指南39为较小值(变压器铁芯大约处在中间位置)，拧紧紧固螺钉，仔细调节测微头的微分筒使示波器第二通道显示的波形Vp-p为最小值(零点残余电压)并定为位移的相对零点。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位移为负，从Vp-p最小开始旋动测微头的微分筒，每隔0.2mm(可取10—25点)从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表8，再将测位头退回到Vp-p最小处开始反方向做相同的位移实验。在实验过程中请注意：⑴从Vp-p最小处决定位移方向后，测微头只能按所定方向调节位移，中途不允许回调，否则，由于测微头存在机械回差而引起位移误差；所以，实验时每点位移量须仔细调节，绝对不能调节过量，如过量则只好剔除这一点继续做下一点实验或者回到零点重新做实验。⑵当一个方向行程实验结束，做另一方向时，测微头回到Vp-p最小处时它的位移读数有变化(没有回到原来起始位置)是正常的，做实验时位移取相对变化量△Ｘ为定值，只要中途测微头不回调就不会引起位移误差。图8—2差动变压器性能实验安装、接线图4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表8画出Vop-p－X曲线，作出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。表8V(mv)X(mm)五、思考题：1、用差动变压器测量振动频率的上限受什么影响？2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？ 传感器实验指南39实验九差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的：了解差动变压器零点残余电压补偿方法。二、基本原理：由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B－H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零，称其为零点残余电压。三、需用器件与单元：主机箱、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。四、实验步骤：1、参阅实验八附：测微头的组成与使用。根据图9接线，差动变压器原边激励电压从音频振荡器的LV插口引入，实验模板中的R1、C1、RW1、RW2为电桥单元中调平衡网络。2、用示波器和频率表监测并调节主机箱音频振荡器输出频率为4—5KHz、幅值为2V峰峰值的激励电压。3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。4、依次交替调整RW1、RW2，使输出电压降至最小。图9零点残余电压补偿实验接线图5、将示波器第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。6、从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰峰值）。（注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压，所以经补偿后的零点残余电压：V零点p-p=，K是放大倍数约为7倍左右。）实验完毕，关闭电源。 传感器实验指南39五、思考题：零点残余电压是什么波形？实验十差动变压器的应用—振动测量实验一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。二、基本原理：由实验八差动变压器性能实验基本原理可知，当差动变压器的铁芯连接杆与被测体连接时就能检测到被测体的位移或振动。三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、移相器/相敏检波器/滤波器模板、振动源、示波器。四、实验步骤：1、将差动变压器按图10卡在传感器安装支架的U型槽上并拧紧差动变压器的夹紧螺母，调整传感器安装支架使差动变压器的铁芯连杆与振动台中心点磁钢吸合并拧紧传感器安装支架压紧螺帽，再调节升降杆使差动变压器铁芯大约处于线圈的中心位置。图10　差动变压器振动测量安装、接线图 传感器实验指南391、按图10接线，并调整好有关部分，调整如下：（1）检查接线无误后，合上主机箱电源开关，用频率表、示波器监测音频振荡器LV的频率和幅值，调节音频振荡器的频率、幅度旋钮使Lv输出4—5KHz、Vop-p=2V的激励电压。（2）用示波器观察相敏检波器输出(图中低通滤波器输出中接的示波器改接到相敏检波器输出)，调节升降杆(松开锁紧螺钉转动升降杆的铜套)的高度，使示波器显示的波形幅值为最小。（3）仔细调节差动变压器实验模板的RW1和RW2(交替调节)使示波器（相敏检波器输出）显示的波形幅值更小，基本为零点。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线（否则再调节RW1和RW2）。(6)振动源的低频输入接上主机箱的低频振荡器，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器相敏检波器Vo及低通滤波器的Vo波形。2、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（频率与输出电压Vp-p的监测方法与实验十相同）用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，填入下表10。表10Ｆ(Ｈｚ)Vp-p（V）3、根据实验结果作出梁的振幅—频率特性曲线，指出自振频率的大致值，并与实验七用应变片测出的结果相比较。4、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验可得到振幅与电压峰峰值Vp-p曲线（定性）。注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。实验完毕，关闭电源。五、思考题：1、如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？2、利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？ 传感器实验指南39实验十一电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）、测位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如下图所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2pｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生∆X位移时，电容量的变化量为∆C=C1－C2=ε2p2∆X／ln(R／r)，式中ε2p、ln(R／r)为常数，说明∆C与位移∆X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。三、需用器件与单元：主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤：1、测微头的使用和安装参阅实验九。按图11将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按图示意接线(实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)。2、将实验模板上的Rw调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时传３圈)。3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ档，合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示０ｖ，再转动测微头(同一个方向)5圈，记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向每转动测微头1圈即△Ｘ=０.５ｍｍ位移读取电压表读数(这样转10圈读取相应的电压表读数)，将数据填入表11并作出Ｘ—Ｖ实验曲线(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的回差)。4、根据表11数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。 传感器实验指南39图11电容传感器位移实验安装、接线图表11电容传感器位移与输出电压值X(mm)V(mv) 传感器实验指南39实验十二直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH＝KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。三、需用器件与单元：主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。四、实验步骤：1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验八。按图12示意图接线(实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)，将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ档。2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。图12霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图3、以某个方向调节测微头2ｍｍ位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数(建议做4ｍｍ位移)，将读数填入表12。表12X（mm）V(mv)作出V－X曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。五、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？ 传感器实验指南39实验十三交流激励时霍尔式传感器的位移实验一、实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性。二、基本原理：交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。三、需用器件与单元：主机箱、测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双线示波器。四、实验步骤：1、传感器、测微头安装使用同实验八。实验模板接线见图13(千万注意：暂时不要将主机箱中的音频振荡器Ｌｖ接入实验模板)。图13交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、首先检查接线无误后，合上主机箱总电源开关，调节主机箱音频振动器的频率和幅度旋钮，用示波器、频率表监测LV输出频率为1KHz，幅值为4V的峰－峰值；关闭主机箱电源，再将LV输出电压(1KHz、4V、)作为传感器的激励电压接入图13的实验模板中（注意电压幅值过大会烧坏传感器）。 传感器实验指南393、合上主机箱电源，调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器RW1、RW2使显示为零。4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器Rw和相敏检波电位器Rw，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。5、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入表13。表13交流激励时输出电压和位移数据X（mm）V(mv)６、根据表13作出V－X曲线，计算不同量程时的非线性误差。实验完毕，关闭电源。实验十四压电式传感器测振动实验一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。四、实验步骤：1、按图14所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。 传感器实验指南39图14压电传感器振动实验安装、接线示意图2、合上主机箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出的波形。3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。4、改变振动源的振荡频率(调节主机箱低频振荡器的频率)，观察输出波形变化。实验完毕，关闭电源。 传感器实验指南39实验十五电涡流传感器位移实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通过交变电流的线圈产生交变磁场，当金属体处在交变磁场时，根据电磁感应原理，金属体内产生电流，该电流在金属体内自行闭合，并呈旋涡状，故称为涡流。涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离ｘ等参数有关。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而改变激磁线线圈阻抗，涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触)，当线圈与金属体表面的距离ｘ以外的所有参数一定时可以进行位移测量。三、需用器件与单元：主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体(铁圆片)。四、实验步骤：1、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。测微头的读数与使用可参阅实验八；根据图15安装测微头、被测体、电涡流传感器并接线。图15电涡流传感器安装、按线示意图2、调节测微头使被测体与传感器端部接触，将电压表显示选择开关切换到20V档，检查接线无误后开启主机箱电源开关，记下电压表读数，然后每隔0.1mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将数据列入表15。表15电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）V(v) 传感器实验指南393、根据表19数据，画出V－X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点(即曲线线性段的中点)，试计算测量范围为1mm与3mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。实验完毕，关闭电源。五、思考题：1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。实验十六光纤传感器的位移特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、基本原理：本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、器件与单元：主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。四、实验步骤：1、根据图16示意安装光纤位移传感器和测微头，二束光纤分别插入实验模板上的光电座(其内部有发光管D和光电三极管T)中；测微头的安装、使用可参阅实验八附：测微头的组成与使用。其它接线接图16。图16光纤传感器位移实验接线图 传感器实验指南392、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。调节测微头，使光反射面与Ｙ型光纤头轻触；再调实验模板上的RW、使主机箱中的电压表(显示选择开关打到20Ｖ档)显示为０Ｖ。3、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读取电压表显示值，将数据填入表16。根据表16数据画出实验曲线，计算测量范围1mm时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。表16光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）V(v)五、思考题：光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？实验十七温度源的温度控制调节实验一、实验目的：了解温度控制的基本原理及熟悉温度源的温度调节过程。二、基本原理：当温度源的温度发生变化时温度源中的Pt100热电阻(温度传感器)的阻值发生变化，将电阻变化量作为温度的反馈信号输给智能调节仪，经智能调节仪的电阻——电压转换后与温度设定值比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号(加热)或继电器触发信号(冷却)，使温度源的温度趋近温度设定值。温度控制原理框图如图17—1所示。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、Pt100温度传感器。图17—1温度控制原理框图 传感器实验指南39四、实验步骤：温度源简介：温度源是一个小铁箱子，内部装有加热器和冷却风扇；加热器上有二个测温孔，加热器的电源引线与外壳插座(外壳背面装有保险丝座和加热电源插座)相连；冷却风扇电源为+24ｖDC，它的电源引线与外壳正面实验插孔相连。温度源外壳正面装有电源开关、指示灯和冷却风扇电源+24ｖDC插孔；顶面有二个温度传感器的引入孔，它们与内部加热器的测温孔相对，其中一个为控制加热器加热的传感器Pt100的插孔，另一个是温度实验传感器的插孔；背面有保险丝座和加热器电源插座。使用时将电源开关打开(Ｏ为关，-为开)。从安全性、经济性即具有高的性价比考虑且不影响学生掌握原理的前提下温度源设计温度≤200℃。1、调节仪的简介及调节仪的面板按键说明参阅实验附言。2、设置调节仪温度控制参数：合上主机箱上的电源开关；再合上主机箱上的调节仪电源开关，仪表上电后，仪表的上显示窗口(PV)显示随机数；下显示窗口(SV)显示控制给定值或交替闪烁显示控制给定值和“orAL”。按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态。在参数设置状态下按SET键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值HIAL、参数锁Loc等等，对于配置好并锁上参数锁的仪表，用▼、▲、◄（A/M）等键可修改参数值。按◄（A/M）键并保持不放，可返回显示上一参数。先按◄（A/M）键不放接着再按SET键可退出设置参数状态。如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。如果参数被锁上，则只能显示被EP参数定义的参数（可由用户定义的，工作现场经常需要使用的参数及程序），而无法看到其它的参数。不过，至少能看到Loc参数显示出来。具体设置温度控制参数方法步骤如下：(1)、按SET键并保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态；PV窗显示HIAL(上限)，用▼、▲、◄键可修改参数值，使SV窗显示实验温度(＞室温)，如50。(2)、再按SET键，PV窗显示LoAL(下限)，用▼、▲、◄键可修改参数值，使SV窗显示(1)所设置的温度值50。(3)、再按SET键，PV窗显示dHAL(正偏差报警)，长按▲键，使SV窗显示9999(消除报警功能)后释放▲键。(4)、再按SET键，PV窗显示dLAL(负偏差报警)，长按▲键，使SV窗显示9999(消除报警功能)后释放▲键。(5)、再按SET键，PV窗显示dF(回差、死区、滞环)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示0.1。(6)、再按SET键，PV窗显示CtrL(控制方式)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示1。(7)、再按SET键，PV窗显示M50(保持参数)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示300。(8)、再按SET键，PV窗显示P(速率参数)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示350。(9)、再按SET键，PV窗显示t(滞后时间)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示153。(10)、再按SET键，PV窗显示Ct1(输出周期)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示1。 传感器实验指南39(11)、再按SET键，PV窗显示Sn(输入规格)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示21。(12)、再按SET键，PV窗显示dIP(小数点位置)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示1。(13)、再按SET键，PV窗显示dIL，不按键，SV窗显示默认值。(14)、再按SET键，PV窗显示dIH，不按键，SV窗显示默认值。(15)、再按SET键，PV窗显示CJC(热电偶冷端补偿温度)，不按键，SV窗显示默认冷端补偿温度值。(16)、再按SET键，PV窗显示SC(主输入平移修正)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示00。(17)、再按SET键，PV窗显示oP1(输出方式)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示2。(18)、再按SET键，PV窗显示oPL(输出下限)，长按▼键，使SV窗显示0后释放▼键。(19)、再按SET键，PV窗显示oPH(输出上限)，长按▲键，使SV窗显示100释放▲键(用▼、▲、◄键修改参数值为100)。(20)、再按SET键，PV窗显示CF(系统功能选择)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示2。(21)、再按SET键，PV窗显示bAud(通讯波特率／报警定义)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示17。(22)、再按SET键，PV窗显示Addr(通讯地址／打印时间)，不按键，SV窗显示默认值。(23)、再按SET键，PV窗显示dL(输入数字滤波)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示1。(24)、再按SET键，PV窗显示run(运行状态及上电信号处理)，用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示2。(25)、再按SET键，PV窗显示Loc(参数修改级别)，不按键，SV窗显示默认值808。如果，SV窗不显示808，则用▼、▲、◄键修改参数值，使SV窗显示808。(26)、再按SET键，PV窗显示EP1(现场参数定义)，不按键，SV窗显示默认值。(27)—(33)、与(26)相同，重复按SET键七次。到此，调节仪的控制参数设置完成。3、关闭主机箱总电源开关，按图17—2示意接线；将主机箱上的转速调节旋钮(2—24V)顺时针转到底(24Ｖ)，将温度源电源开关打开(Ｏ为关，-为开)。4、检查接线无误后，合上主机箱总电源和调节仪电源，将调节仪的控制方式(控制对象)开关按到内(温度)位置；5、用▼、▲、◄键修改温度设定值，使SV窗显示50.0。调节仪经过几次振荡调节(要等待较长时间),温度源会自动动态平衡在50.0℃(调节仪的PV显示窗在50.0左右波动)。6、按SET键并保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态；PV窗显示HIAL(上限)，用▼、▲、◄键修改实验温度值，使SV窗显示实验温度60(在原有的实验温度值增加10℃)。7、再按SET键，PV窗显示LoAL(下限)，用▼、▲、◄键修改实验温度值，使SV窗显示(6)所设置的温度值60。8、先按◄（A/M）键不放接着再按SET键退出设置参数状态(或不按任何键，等待约30秒钟后会自动退出设置参数状态)；再用▼、▲、◄键修改实验温度设定值，使SV窗显示实验温度60.0(在原有的实验增加10℃)。调节仪进入正常显示自动调节控制状态，最终温度源会在设定温度值上达到动态平衡。 传感器实验指南399、以后(温度在大于等于室温10℃，小于等于160℃范围内)，每次改变温度实验值都必须重复6、7、8实验步骤进行实验。图17—2温度源的温度控制实验接线示意图10、调节仪控制参数的自整定(AT)实验：设置某个实验温度值后(重复6、7、8步骤设置温度值)，在仪表正常显示状态下，按◄（A/M）键并保持约2秒钟，仪表AT指示灯点亮(前提CtrL=1，否则无法从面板启动执行自整定功能)，表明仪表已进入自整定状态(自整定时，仪表执行位式调节，约3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M50、P、t等控制参数)。等待自整定结束(等待较长时间，AT指示灯熄灭)并温度源温度已达到平衡时，按SET键并保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态；按SET键查阅控制参数M50、P、t的值(温度实验时设置控制参数即M50、P、t值的依据)与以前设置的经验控制参数值M50、P、t有否大的变化。实验结束，关闭所有电源。五、思考题：按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态，只大范围改变控制参数M50或P或t的其中之一设置值(注：其它任何参数的设置值不要改动)，进行温度控制调节，观察PV窗测量值的变化过程，看能否达到控制平衡及控制误差大小。这说明了什么问题? 传感器实验指南39实验十八Pt100铂电阻测温特性实验一、实验目的：了解铂热电阻的特性与应用。二、基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用的热电阻有铂电阻(650℃以内)和铜电阻(150℃以内)。铂电阻是将0.05～0.07ｍｍ的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。在0－650℃以内，它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中：Ro系温度为0℃时的电阻值(本实验的铂电阻Ro＝100Ω)。A＝3.9684×10－3／℃，B＝－5.847×10－7／℃2。铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计。)。实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经放大器放大后直接用电压表显示。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、Pt100热电阻(二支)、温度传感器实验模板、万用表(自备)。温度传感器实验模板简介：图18A中的温度传感器实验模板是由三运放组成的差动放大电路、调零电路、ａｂ传感器符号、传感器信号转换电路(电桥)及放大器工作电源引入插孔构成；其中RＷ2为放大器的增益电位器，RW3为放大器电平移动电位器；ａｂ传感器符号<接热电偶(Ｋ热电偶或Ｅ热电偶)，双圈符号接AD590集成温度传感器，Rt接热电阻(Pt100铂电阻或Cu50铜电阻)。具体接线参照具体实验。四、实验步骤1、用万用表欧姆档测出Pt100三根线中其中短接的二根线(同种颜色的线)设为1、2，另一根设为3，并测出它在室温时的大致电阻值。2、在主机箱总电源、调节仪电源都关闭的状态下，再根据图18示意图接线，温度传感器实验模板中ａ、ｂ(Ｒt)两端接传感器，这样传感器(Rt)与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。 传感器实验指南39图18Pt100铂电阻测温特性实验接线示意图3、放大器调零：将图18中的温度传感器实验模板的放大器的两输入端引线(一根传感器引线、另一根桥路输出即Rw1活动触点输出)暂时不要引入，而用导线直接将放大器的两输入端相连(短接)；将主机箱上的电压表量程(显示选择)切换开关打到2Ｖ档，合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的RW2(逆时针转到底)增益电位器，使放大器增益最小；再调节RW3(调零电位器)使主机箱的电压表显示为０。4、关闭主机箱电源开关，将实验模板中放大器的输入端引线按图18连接，检查接线无误后，合上主机箱电源开关。5、将主机箱上的转速调节旋钮(2—24V)顺时针转到底(24Ｖ)，合上温度源电源开关和调节仪电源开关，将调节仪控制方式(控制对象)开关按到内(温度)位置；在常温基础上，可按Δt=5℃增加温度并且小于160℃范围内设定温度源温度值(设定方法参阅实验十七，重复6、7、8、9步骤)，待温度源温度动态平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表18。表18铂电阻温度实验数据t(℃)V(mv)6、根据表18数据值画出实验曲线并计算其非线性误差。实验结束，关闭所有电源。 传感器实验指南39实验十九铜热电阻测温特性实验一、实验目的：了解铜电阻测温原理与应用。二、基本原理：铜电阻测温原理与铂电阻一样，利用导体电阻随温度变化的特性。常用铜电阻Cu50在-50－+150℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+αt)式中：Ro系温度为0℃时的电阻值(Cu50在0℃时的电阻值为Ro＝50Ω)。α是电阻温度系数，α＝4.25～4.28×10－3／℃。铜电阻是用直径为0.1mm的绝缘铜丝绕在绝缘骨架上，再用树脂保护。铜电阻的优点是线性好、价格低、α值大，但易氧化，氧化后线性度变差。所以铜电阻检测较低的温。铜电阻与铂电阻测温接线方法相同，一般也是三线制。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、Pt100热电阻(温度控制传感器)、Cu50热电阻(实验传感器)、温度传感器实验模板、万用表(自备)。四、实验步骤：图19Cu50铜电阻测温特性实验接线示意图将实验十八中实验温度传感器Pt100铂电阻换成Cu50铜电阻，在温度传感器实验模板的桥路电阻R3两端并联一根100Ω的专用连线，实验温度范围为室温～120℃。具体实验接线按图19，实验方法和步骤与实验十八完全相同。实验结束，关闭所有电源。 传感器实验指南39实验二十K热电偶测温性能实验一、实验目的：了解热电偶测温原理及方法和应用。二、基本原理：热电偶测量温度的基本原理是热电效应。将A和B二种不同的导体首尾相连组成闭合回路，如果二连接点温度(T，T0)不同，则在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热电效应。热电偶就是将A和B二种不同的金属材料一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端，也称热端；未焊接的一端(接引线)处在温度T0称为自由端或参考端，也称冷端。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为０时，热电偶的输出电动势为０；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，如常用的Ｋ(镍铬-镍硅或镍铝)、Ｅ(镍铬-康铜)、Ｔ(铜-康铜)等等，并且有相应的分度(见附录)表即参考端温度为０℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、Pt100热电阻(温度源温度控制传感器)、Ｋ热电偶(温度特性实验传感器)、温度传感器实验模板、应变传感器实验模板(代mV发生器)。四、实验步骤：热电偶使用说明：热电偶由Ａ、Ｂ热电极材料及直径(偶丝直径)决定其测温范围，如Ｋ(镍铬-镍硅或镍铝)热电偶，偶丝直径3.2mm时测温范围０～1200℃，本实验用的Ｋ热电偶偶丝直径为0.5mm，测温范围０～800℃；Ｅ(镍铬-康铜)，偶丝直径3.2mm时测温范围-200～+750℃，实验用的Ｅ热电偶偶丝直径为0.5mm，测温范围-200～+350℃。由于温度源温度＜200℃，所以，所有热电偶实际测温范围＜200℃。从热电偶的测温原理可知，热电偶测量的是测量端与参考端之间的温度差，必须保证参考端温度为０℃时才能正确测量测量端的温度，否则存在着参考端所处环境温度值误差。热电偶的分度表(见附录)是定义在热电偶的参考端(冷端)为０℃时热电偶输出的热电动势与热电偶测量端(热端)温度值的对应关系。热电偶测温时要对参考端(冷端)进行修正(补偿)，计算公式：E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇,t0)式中：E(t,t0)—热电偶测量端温度为ｔ，参考端温度为t0=０℃时的热电势值；E(t,t0＇)—热电偶测量温度ｔ，参考端温度为t0＇不等于０℃时的热电势值；E(t0＇,t0)—热电偶测量端温度为t0＇，参考端温度为t0=０℃时的热电势值。例：用一支分度号为Ｋ(镍铬-镍硅)热电偶测量温度源的温度，工作时的参考端温度(室温)t0＇=20℃，而测得热电偶输出的热电势(经过放大器放大的信号，假设放大器的增益ｋ=10)32.7mv，则E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV，那么热电偶测得温度源的温度是多少呢?解：由附录Ｋ热电偶分度表查得：E(t0＇,t0)=E(20,0)=0.798mV 传感器实验指南39已测得E(t,t0＇)=32.7mV/10=3.27mV故E(t,t0)=E(t,t0＇)+E(t0＇,t0)=3.27mV+0.798mV=4.068mV热电偶测量温度源的温度可以从分度表中查出，与4.068mV所对应的温度是100℃。1、在主机箱总电源、调节仪电源、温度源电源关闭的状态下，按图20示意图接线。图20K热电偶温度特性实验接线示意图2、调节温度传感器实验模板放大器的增益Ｋ=30倍：在图20中温度传感器实验模板上的放大器的二输入端引线暂时不要接入。拿出应变传感器实验模板(实验一的模板)，将应变传感器实验模板上的放大器输入端相连(短接)，应变传感器实验模板上的±15Ｖ电源插孔与主机箱的±15Ｖ电源相应连接，合上主机箱电源开关(调节仪电源和温度源电源关闭)后调节应变传感器实验模板上的电位器RW4(调零电位器)使放大器输出一个较大的ｍV信号，如20mV(可用电压表2V档测量)，再将这个20mV信号(Vi)输给图20中温度传感器实验模板的放大器输入端（单端输入：上端接mV，下端接⊥）；用电压表(2V档)监测温度传感器实验模板中的Vo1，调节温度传感器实验模板中的RW2增益电位器，使放大器输出Vo1=60OmV，则放大器的增益Ｋ=Vo1／Vi=600/20=30倍。注意：增益Ｋ调节好后，千万不要触碰RW2增益电位器。3、关闭主机箱电源，拆去应变传感器实验模板，恢复图20接线。4、测量热电偶冷端温度并进行冷端温度补偿：在温度源电源开关关闭(Ｏ为关，-为开)状态下，合上主机箱和调节仪电源开关并将调节仪控制方式(控制对象)开关按到内(温度)位置，记录调节仪PV窗的显示值(实验时的室温)即为热电偶冷端温度t0＇(工作时的参考端温度)；根据热电偶冷端温度t0＇查附录K热电偶分度表得到E(t0＇,t0)，再根据E(t0＇,t0)进行冷端温度补偿-----调节 传感器实验指南39温度传感器实验模板中的RW3(电平移动)使Vo2=E(t0＇,t0)*Ｋ=E(t0＇,t0)*30(用电压表2V档监测温度传感器实验模板中的Vo2)。5、将主机箱上的转速调节旋钮(2—24V)顺时针转到底(24Ｖ)，合上温度源电源开关，在室温基础上，可按Δt=5℃增加温度并且小于160℃范围内设定温度源温度值(设定方法参阅实验十七，重复6、7、8、9步骤)，待温度源温度动态平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表20。表20Ｋ热电偶热电势(经过放大器放大后的热电势)与温度数据t(℃)V(mv)6、根据表20数据画出实验曲线并计算非线性误差。实验结束，关闭所有电源。注：实验数据V(mv)/k(增益)=E(t,t0)。实验二十一K热电偶冷端温度补偿实验一、实验目的：了解热电偶冷端温度补偿的原理与方法。二、基本原理：热电偶测温时，它的冷端往往处于温度变化的环境中，而它测量的是热端与冷端之间的温度差，由此要进行冷端补偿。热电偶冷端温度补偿的常用方法有：计算法、冰水法(0℃)、恒温槽法和电桥自动补偿法等。实际检测时是在热电偶和放大电路之间接入一个其中一个桥臂是PN结二极管(或Cu电阻)组成的直流电桥，这个直流电桥称冷端温度补偿器，电桥在0℃时达到平衡（亦有20℃平衡）。当热电偶冷端温度升高时（＞0℃）热电偶回路电势Uab下降，由于补偿器中，PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、Pt100热电阻(温度源温度控制传感器)、Ｋ热电偶(温度特性实验传感器)、温度传感器实验模板、冷端温度补偿器、专用直流电源＋5V。四、实验步骤：热电偶冷端(参考端)补偿说明：热电偶冷端温度补偿可用实验二十中热电偶使用说明的公式法补偿，也可用本实验的冷端温度补偿器补偿。热电偶冷端温度补偿器是用来自动补偿热电偶测量值因冷端温度变化而变化的一种装置。冷端温度补偿器实质上就是产生一个直流信号的毫伏发生器，当它串接在热电偶测量线路中测量时，就可以使读数得到自动补偿。冷端补偿器的直流信号应随冷端温度的变化而变化，并且要求补偿器在补偿的温度范围内，直流信号和冷端温度的关系应与配用的热电偶之热电特性一致，即不同分度号的热电偶配相应的冷端补偿器。 传感器实验指南39本实验为Ｋ分度热电偶，相应的冷端补偿器及原理图参见图21。冷端补偿器外形为一个小方盒，有4个引线端子，4、3接+5V专用电源，2、1输出经室温(冷端温度)补偿后的热电势信号；它的内部是一个不平衡电桥(见图21原理图)，通过调节Rw使桥路输出室温(冷端温度)时的热电势值，利用二极管的PN结特性自动补偿冷端温度的变化。图21K热电偶冷端温度补偿实验接线示意图1、按图21示意接线。将冷端补偿器的专用电源插头插到主机箱侧面的交流220Ｖ插座上。2、放大器调零：在图21中温度传感器实验模板放大器的二输入端引线暂时不要接入，而用导线直接将放大器的二输入端相连(短接)；将主机箱上的电压表量程(显示选择)切换开关打到2Ｖ档，合上主机箱电源开关(调节仪电源和温度源电源关闭)，调节温度传感器实验模板中的RW2(顺时针转到底)增益电位器，使放大器增益最大；再调节RW3(调零电位器)使主机箱的电压表显示为０。3、将主机箱上的转速调节旋钮(2—24V)顺时针转到底(24Ｖ)，拆去温度传感器实验模板上放大器的二输入端的短接线，恢复图21的接接线，合上温度源和调节仪电源开关，将调节仪控制方式(控制对象)按到内(温度)位置；在常温基础上，可按Δt=5℃增加温度并且小于160℃范围内设定温度源温度值(设定方法参阅实验十七，重复6、7、8、9步骤)，待温度源温度动态平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表21。表21Ｋ热电偶经过冷端温度补偿放大器放大后的热电势与温度数据t(℃)V(mv)4、根据表21数据画出实验曲线并计算非线性误差。实验结束，关闭所有电源。注：实验数据V(mv)/k(增益)=E(t,t0)，根据附录中分度表可以查到相应的温度值；如果实验结果与理论值有很大误差是由于控制误差和放大器k(增益)有误差，二者叠加引起误差更大。放 传感器实验指南39大器的k(增益)可用实测法得到正确的值：拿出应变传感器实验模板(实验一的模板)，将应变传感器实验模板上的放大器输入端相连(短接)，接上±15Ｖ电源后调节电位器RW4(调零电位器)使放大器输出一个较大的ｍV信号，如20mV(可用电压表测量)，再将这个信号(Vi)输给图21温度传感器实验模板放大器两输入端（单端输入：上端接mV，下端接⊥），可用电压表测出电压V0，则Ｋ=V0／Vi。五、思考题：实验二十与实验二十一有什么差别，一般实际应用时选择哪一种方法为好? 传感器实验指南39 传感器实验指南39 传感器实验指南39'